为什么碎片级别在包含其他文件系统的文件中如此巨大？

Question

我刚刚发现了稀疏文件是什么，并想对它们进行一些实验。在wiki上，您可以读到文件可以很容易地变得支离破碎。我想看看那有多糟。我以以下方式创建了一个文件：

# truncate -s 10G sparse-file
# mkfs.ext4 -m 0 -L sparse ./sparse-file

我安装了稀疏文件，并在其中放置了一个600米的文件。碎片级别如下所示：

# filefrag -v "/media/Grafi/sparse-file"
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/sparse-file is 10737418240 (2621440 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..    1032:      36864..     37896:   1033:
   1:     1043..    1043:      37907..     37907:      1:
   2:     1059..    1059:      37923..     37923:      1:
   3:     9251..    9256:      46115..     46120:      6:
   4:    32768..   32770:      51200..     51202:      3:      69632:
   5:    34816..   55295:      77824..     98303:  20480:      53248:
   6:    55296..   57343:     114688..    116735:   2048:      98304:
   7:    57344..   69631:     120832..    133119:  12288:     116736:
   8:    69632..   81919:     102400..    114687:  12288:     133120:
   9:    81920..   98303:     135168..    151551:  16384:     114688:
  10:    98304..   98306:      57344..     57346:      3:     151552:
  11:   100352..  112639:     151552..    163839:  12288:      59392:
  12:   112640..  145407:     165888..    198655:  32768:     163840:
  13:   145408..  163839:     198656..    217087:  18432:
  14:   163840..  163842:      40960..     40962:      3:     217088:
  15:   165888..  178175:     217088..    229375:  12288:      43008:
  16:   178176..  202751:     231424..    255999:  24576:     229376:
  17:   202752..  206847:     258048..    262143:   4096:     256000:
  18:   206848..  216756:     276480..    286388:   9909:     262144:
  19:   229376..  229378:      43008..     43010:      3:     299008:
  20:   294912..  294914:      53248..     53250:      3:     108544:
  21:   524288..  524288:      55296..     55296:      1:     282624:
  22:   819200..  819202:      61440..     61442:      3:     350208:
  23:   884736..  884738:      63488..     63490:      3:     126976:
  24:  1048576.. 1048577:      67584..     67585:      2:     227328:
  25:  1081344.. 1081391:      69632..     69679:     48:     100352:
  26:  1572864.. 1572864:      71680..     71680:      1:     561152:
  27:  1605632.. 1605634:      73728..     73730:      3:     104448:
  28:  2097152.. 2097152:      75776..     75776:      1:     565248:
  29:  2097167.. 2097167:      75791..     75791:      1:             last
/media/Grafi/sparse-file: 25 extents found

我认为这是因为“稀疏”特性，但看起来所有在其中有其他文件系统的文件都会以这种方式支离破碎。请看下面的示例：

创建一个全为零的文件：

# dd if=/dev/zero of=./zero bs=1M count=2048 

检查其碎片级别：

# filefrag -v /media/Grafi/zero
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..   32767:    6172672..   6205439:  32768:
   1:    32768..   65535:    6205440..   6238207:  32768:
   2:    65536..   98303:    6238208..   6270975:  32768:
   3:    98304..  118783:    6270976..   6291455:  20480:
   4:   118784..  151551:    6324224..   6356991:  32768:    6291456:
   5:   151552..  184319:    6356992..   6389759:  32768:
   6:   184320..  217087:    6389760..   6422527:  32768:
   7:   217088..  249855:    6422528..   6455295:  32768:
   8:   249856..  282623:    6455296..   6488063:  32768:
   9:   282624..  315391:    6488064..   6520831:  32768:
  10:   315392..  348159:    6520832..   6553599:  32768:
  11:   348160..  380927:    6553600..   6586367:  32768:
  12:   380928..  413695:    6586368..   6619135:  32768:
  13:   413696..  446463:    6619136..   6651903:  32768:
  14:   446464..  479231:    6651904..   6684671:  32768:
  15:   479232..  511999:    6684672..   6717439:  32768:
  16:   512000..  524287:    6717440..   6729727:  12288:             last,eof
/media/Grafi/zero: 2 extents found

基本上，这个文件有17个区段，但是从人类的角度来看，这个文件有两个块。

现在在这个文件中创建一个文件系统：

# mkfs.ext4 -m 0 -L ext /media/Grafi/zero

再次检查其碎片：

# filefrag -v /media/Grafi/zero

Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..     257:    5505024..   5505281:    258:
   1:      265..     265:    5505289..   5505289:      1:
   2:      272..     273:    5505296..   5505297:      2:
   3:      289..     289:    5505313..   5505313:      1:
   4:     8481..    8486:    5507361..   5507366:      6:    5513505:
   5:    32768..   32769:    5509120..   5509121:      2:    5531648:
   6:    98304..   98305:    5511168..   5511169:      2:    5574656:
   7:   163840..  163841:    5513216..   5513217:      2:    5576704:
   8:   229376..  229377:    5515264..   5515265:      2:    5578752:
   9:   262144..  262144:    5517312..   5517312:      1:    5548032:
  10:   294912..  294913:    5519360..   5519361:      2:    5550080: last
/media/Grafi/zero: 8 extents found

有人知道这里到底发生了什么吗？为什么通过在文件系统上创建文件系统而使文件变得支离破碎？length怎么了？

添加：

mkfs.ext4参数-Enodiscard不能工作。有了这个选项，我可以在filefrag (零块)中看到文件的结构。但是，在以这种方式创建文件系统之后，无论什么原因，文件都会变得支离破碎。可能是因为所编写的文件系统元数据，它对零文件做了一些事情。我不知道。但是当我看到filefrag的输出时，我可以看到总是有+6个区段(在2G文件的情况下)。也许是因为超级块和它的5份拷贝？但这仍然不能解释为什么整个文件是支离破碎的--它仍然是同一个文件。

还有一件事。当我在这个文件中重新创建文件系统时：

# mkfs.ext4 -Enodiscard /media/Grafi/zero
mke2fs 1.43 (17-May-2016)
/media/Grafi/zero contains a ext4 file system
        created on Thu Jun  2 13:02:28 2016
Proceed anyway? (y,n) y
Creating filesystem with 524288 4k blocks and 131072 inodes
Filesystem UUID: 6d58dddc-439b-4175-9af6-8628f0d2a278
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

增加的范围神奇地消失了。

Answer 1

看起来这是mke2fs中的一个bug，导致它在对inode表中的空格进行零化时使用了fallocate(fd, PUNCH_HOLE, ...)而不是fallocate(fd, DISCARD_ZERO, ...) (即使使用了-E nodiscard )。

在本地验证了这种行为之后，我向上游的linux-ext4@vger.kernel.org邮件列表提交了一个bug报告，并在一个小时内得到了一个补丁，subject：

e2fprogs: block zero/discard cleanups

它们应该包含在e2fsprogs-1.45版本中，可能还包括1.44.x维护版本。如果您想在供应商e2fsprogs发行版中使用它们，我建议patch+build您的e2fsprogs来验证这对您是否有效，向linux-ext4报告成功，以便补丁能够更快地登陆，然后向您选择的发行版提交一个bug报告，以便他们将上游补丁拖进他们的版本中。